標清視頻系統的架構

時間：2024-09-12 06:31:15 系統架構師

標清視頻系統的架構

　　高清電視是數字電視的高端發展方向，作為縣級電視臺，既要積極適應技術發展的潮流，也應意識到高清演播室的建設是一項復雜的系統工程，它涉及設備投入、營運成本、技術培訓、人員素質、市場需求等多方面的問題。各電視臺應根據自身的實際情況，尋找邁進高清領域的最佳切入點。

　　一.概要

　　演播廳是電視節目制作的重要場所，體現了電視臺的技術水準和綜合實力。隨著高清電視技術在廣電行業的不斷應用和成熟，國內的許多電視臺對于實現高清電視的夢想已不是遙遠。為了適應縣一級電視技術發展和節目制作上一個新臺階，南安電視臺著手對演播廳進行了高/標清系統的設計和建設工作，經過一段時間的實踐和運用，確保了綜合節目、文藝節目和各項節目錄制的順利開展。

　　高清/標清演播廳專業視頻系統是一個復雜系統，為了使視頻系統達到最佳效果，南安電視臺結合省、市等上級臺演播廳的設計思路和本臺的現場實際，在設計思路上本著可用性、先進性、時代性和兼容性等原則全面滿足電視訪談及綜藝類節目要求，為縣一級小型演播廳在基層電視臺的運用起到了積極的作用。

　　二.演播廳系統的架構

　　在我國，大部分的電視制作仍以標清節目為主，高清和標清將在未來相當長的時間內并存。因此，構建一個可以兼顧高清和標清節目制作的演播室系統，一方面能夠實現對投資的最大保護，延長設備的有效使用周期;另一方面也能夠滿足現階段節目播出的要求，為用戶提供高質量的標清電視節目信號。基于以上考慮，我們確立了高清/標清兼容的系統設計思路，決定演播廳建設高、標清兼容系統。

　　演播廳信號系統選擇為高標清兼容，首先就應該確定實現高、標清兼容的方式。在全國各電視臺還沒有一個現成的系統可供我們參考的情況下，選擇如何兼容將直接影響系統的架構和成本的高底。兼容方式主要有以下幾種方式。

　　1.雙主機切換系統。它采用的是由一個控制面板同時控制二個主機的方式，一個為高清信號通道主機，另一個為標清信號通道主機。該系統的優點是高、標清信號可同步切換，可同時獲得高、標清信號。但由于采用雙主機切換臺而成本上升。除信號源之外，等于形成了高、標清二套分離系統。因此，成本無疑會更高，系統相應也會比較復雜。

　　2.采用高、標清兼容切換臺構成兼容系統。在系統中的切換臺是高標清兼容的設備。在需要錄制高清節目時，用軟件可以開通高清通道制作，需要標清制作時，通過設置重新啟動后可以制作標清節目。其優點是高、標清信號能同時接入系統，設備能自動識別高、標清信號。但其缺點是不能同時錄制高、標清信號。如需要同時錄制高、標清信號時，在系統中仍需要加入下變換。另外，由于高、標清信號同時接入系統，因此系統輸入端和布線量無疑也都將成倍增加，增加了系統的復雜性，無疑這也會增加資金的投入。

　　3.純高清加下變換系統。該系統從信號源輸出，經切換臺處理，只有一個高清信號通道，在通道最終輸出端加入下變換，因此，該系統既可錄制高清信號也可錄制標清信號。該系統的另一個優點是系統相對簡單，和標清演播室系統基本相似。由于在輸出端加入了下變換，因此在系統中就必需考慮由下變換所引起的信號延遲、變換模式等問題。

　　經對對技術發展的認真分析、研討，并考慮到今后電視事業發展的需要和系統架構的性能價格比。我臺決定采用第三種兼容方式，即純高清加下變換方式。

　　三.末級下變換方式的實現

　　我臺演播廳在實現信號傳輸的基礎上積極采用經濟、實惠，適應于信號傳輸模式的高/標清兼容系統進行建設。

　　視頻源部分包括如下設備：5臺高標清兼容攝像機，2臺高標清兼容錄像機(一臺為硬盤錄像機，另一臺為磁帶錄像機)，高清字幕機，視頻接口板線路高清信號若干(業務擴展冗余使用，可以接入現場高清信號，其他高清線路信號)。

　　基于本臺此次項目經費以及將來直播業務情況考慮，整套視頻系統只設計一臺高清切換臺，為了保證該切換臺在直播情況下的安全性，矩陣在此次項目設計上具有一定的獨創性：一般而言，矩陣與切換臺在邏輯位置上處于上下游關系，矩陣處于上游，切換臺處于矩陣下游。而本臺此次設計中，不僅將將切換臺與矩陣設計成上下游關系，而且在常用視頻源部分設計成同級關系，即常用的視頻源直接分兩路，一路給高清切換臺輸入，一路給高清矩陣輸入，而非常用視頻源(視頻接口板上視頻源，末級PGM信號，預留輸入信號等)只進矩陣，矩陣提供5路信號給切換臺，這樣就能非常方便靈活地使用系統內所有的信號，從而實現了切換臺與矩陣即是同級關系又是上下級關系。這種獨創性的設計給整套視頻系統帶來了非常的體驗：首先，切換臺能夠調用系統內所有視頻源，并完成切換，這個是設計基礎，也是每個演播室中切換臺的基本功能;其次，如果切換臺由于某種原因不能正常使用，矩陣能夠很好的應急代替切換臺使用，為了配合這一功能的人性化實現，我們將矩陣控制面板(X-Y純物理按鍵遙控面板)部署到了非常臨近切換臺的控制桌的斜面上，這樣既能保證切換臺與矩陣傳統功能上使用的需求，又能將矩陣當做應急切換臺使用，為低成本高清演播室提供了一個可行的技術方案。

　　在切換臺PGM輸出與矩陣應急PGM輸出后，我們使用2X1板卡(帶遙控面板)，這塊2X1板卡不僅帶傳統視頻選擇功能，還帶下變換功能，即該板卡既帶高清輸出，又帶標清輸出，而且還帶復合模擬輸出，多格式的輸出方式后都引入了相應格式的視頻分配放大器，其中，標清分配放大器后級使用延時器進行直播安全延時，以防止演播室安全突發事件后能夠有30秒的處理時間，視頻延時后，經過電光轉換發生器后，使用光纖傳輸到播出機房的光電轉換接收器，進行直播使用。

　　在直播與錄播節目中節目錄制部分使用了一臺高清硬盤錄像機，一臺高清sony磁帶錄像機和一臺高清非編機。這幾臺設備在使用上，都充當著同時扮演視頻源與視頻目的的角色，即錄像機與非編機既當高清視頻源輸出(例如，傳統的訪談類節目中使用的VTR信號就是從錄像機輸出)，又當著高清視頻錄制設備使用。錄制碼率大約為220Mb/s，完全滿足高清要求。

　　四.系統設備的選型

　　1.658切換臺

　　本次項目視頻系統特效切換臺使用日本松下公司生產的型號是AV-HS450MC。該設備是一個含一級M/E的16X4多功能數字特效其切換臺，可提供高圖像質量下的復雜特技功能。該系統由主處理器(2U標準19寸機柜型主機)及控制面板(全功能帶嵌入沿遙控面板)兩大功能模塊組成，能夠使用多種可選的功能模塊(本次項目使用AV-HS04M1MC作為高標清兼容的SDI輸入與輸出接口擴展模塊，AV-HS04M8MC作為DVI輸入接口擴展模塊)，得益于這兩塊可選功能模塊的使用，切換臺的輸入由此前的16路高標清兼容SDI接口擴展到18路高標清兼容SDI接口外加其中有2路DVI標清輸入，輸出由此前的4路高標清兼容SDI接口擴展到6路高標清兼容SDI接口。

　　2.攝像機

　　攝像機決定選用索尼PMW-EX350L高清演播室攝像機，它是索尼首款采用2/3英寸成像器的肩扛式存儲卡攝錄一體機，不僅可以作為ENG單機應用，也可以通過演播室附件作為全功能演播室攝像機應用。

　　3.高標清硬盤錄像機

　　可在2.5英寸高速固態硬盤上記錄高質量無壓縮視頻Prores、DNxHD格式壓縮視頻.可同時插入2塊SSD硬盤，支持不間斷錄制——當一塊硬盤數據寫滿后，錄像機會自動往另一塊硬盤上繼續寫入。錄制完畢后，將SSD硬盤裝載到任何計算機上就可直接讀取媒體文件，不需要再用另一臺錄機進行上下載配備3Gb/s SDI和HDMI接口、帶有搜索輪和RS-422遙控接口的傳統VTR風格控制面板、LCD預覽屏幕，以及用于不間斷錄制的雙SSD插槽。

　　4.HDV高清數字錄像機

　　記錄和重放HDV1080i，DVCAM，DV(SP)，DVCPRO 25(重放)格式，支持NTSC/PAL制記錄和重放，支持高清下變換輸出，內置信號發生器，兼容大小磁帶，長時間記錄能力。

　　5.blackmagic Compact Videohub 40X40切換矩陣

　　Videohub系列是廣播級矩陣，2U能夠安裝在標準17寸機柜中，厚度不到1英寸。輸入格式較為靈活，能夠自動在SD、HD和3Gb/s SDI之間切換，而且所有輸入信號都經過了時鐘恢復，在切換過程都非常平穩，不會產生抖動和爆音。此次項目購置了3塊與之配套使用的全物理按鍵的帶宏功能的遙控面板，能夠非常靈活調用每一路信號。

　　6.同步發生器

　　兩臺Sync Generator同步發生器，提供黑場和HD tri-sync同步信號，每臺提供6個晶體穩定視頻同步輸出可使制作室所有的視頻設備按照高清Tri-Sync或標清黑場電視標準實現同步。

　　7.雙高清輸入倒換器

　　高/標清信號輸入(自動選擇)，雙輸入備份功能，自動檢測輸入信號。手動直接控制(ACP)GPI，高/標清通道各自具有獨立幀同步器，高/標清通道各自具有16 道加嵌器，關閉加嵌功能時高清16通道(4組)信號不做處理，關閉加嵌功能時標清8通道(2組)信號不做處理(幀同步之后)，雙高清輸入，雙標清輸出，雙復合監視輸出，高/標清域內色彩校正，提供1080i或720p 50至625/50格式變換，提供1080i或720p 59.9至或525/59.94格式變換，提供1080p或720p 25至625/50 格式變換，提供1080p或720p 29.97至525/59.94格式變換，提供1080p或720p 23.98至525/59.94格式變換，為4：3搖移格式、14：9和16：9信箱格式和變形格式輸出的內置ARC，4：3標清安全框標記，標清域中經過下變換處理圖像的行/場銳化控制，標清挖芯調整，標清域中WSS，WSS-ext和VI信息嵌入，兩個輸出通道的I/O延時測算，被選輸入端口報告，兩個輸入端口的CRC狀態信息。

　　8.高標清分配放大器

　　一分七高/標清SDI時鐘再生分配放大器，兼容：143 Mbit/s，177 Mbit/s，270 Mbit/s，360 Mbit/s，540 Mbit/s，1485 Mbit/s，正向和反向輸出，具有旁通功能的再鎖定器(針對非標準頻率)

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